KR20010033102A - Techniques for etching a transition metal-containing layer - Google Patents
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Abstract
기질위에 배치된 전이금속함유층 엣칭 방법이 발표된다. 전이금속함유층은 엣칭 마스크 아래에 배치된다. 본 방법은 플라즈마 처리 챔버를 갖는 플라즈마 처리 시스템을 제공하고 전이금속함유층을 엣칭하도록 플라즈마 처리 챔버를 구성하는 단계를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버 구성공정은 HCl 및 Ar 을 포함한 소스가스를 받아들이도록 플라즈마 처리 챔버를 구성하고 에너지를 공급하여 소스가스에서 나온 플라즈마를 강타하도록 플라즈마 처리 챔버와 조합된 전원을 구성하는 단계를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버 구성공정은 플라즈마로 전이금속함유층을 엣칭하도록 플라즈마 처리 챔버를 구성하는 단계를 더욱 포함한다.A method of etching a transition metal-containing layer disposed on a substrate is disclosed. The transition metal containing layer is disposed under the etching mask. The method includes providing a plasma processing system having a plasma processing chamber and configuring the plasma processing chamber to etch the transition metal containing layer. The plasma processing chamber configuration process includes configuring a plasma processing chamber to receive a source gas including HCl and Ar and constructing a power source in combination with the plasma processing chamber to supply energy to strike a plasma from the source gas. The plasma processing chamber construction process further includes configuring the plasma processing chamber to etch the transition metal containing layer into the plasma.
Description
본 발명은 전자 장치 제조에 관계한다. 특히 본 발명은 전자장치 제조동안 전이금속함유층을 엣칭시키는 개선된 방법에 관계한다.The present invention relates to the manufacture of electronic devices. In particular, the present invention relates to an improved method of etching a transition metal-containing layer during electronic device manufacturing.
컴퓨터 디스크 드라이브 읽기/쓰기 헤드, 집적회로, 평판 디스플레이와 같은 전자장치의 제조에 있어서 전이금속함유층이 사용될 수 있다. 전이금속함유층은 하나 이상의 전이금속 또는 그 합금을 포함한다. 일반적으로 전이금속은 철, 백금, 코발트, 니켈 및 구리뿐만 아니라 주기율표 ⅢA 족 및 ⅡB 족 금속을 포함한다. 전이금속함유 합금의 한가지 예는 얇은 읽기/쓰기 필름 헤드 제조에 사용되는 철/니켈/코발트 합금인 퍼말로이(permalloy)이다.Transition metal containing layers may be used in the manufacture of electronic devices such as computer disk drive read / write heads, integrated circuits, and flat panel displays. The transition metal-containing layer includes one or more transition metals or alloys thereof. Generally transition metals include iron, platinum, cobalt, nickel and copper, as well as metals of the Group IIIA and IIB Periodic Tables. One example of a transition metal-containing alloy is permalloy, an iron / nickel / cobalt alloy used to make thin read / write film heads.
알루미늄금속층을 엣칭시키는 전통적인 방법은 전이금속함유층을 엣칭시키는데 적합하지 않으므로 전이금속함유층 사용은 공정 엔지니어에게 상당한 의욕을 제공한다. 예컨대 Cl2는 신속한 엣칭속도를 제공하기 때문에 알루미늄층의 엣칭은 보통 Cl2를 사용하여 수행된다. 그러나 염화니켈, 염화백금과 같은 전이금속 염화물은 비교적 비휘발성이어서 엣칭 동안 기질 표면에 재침전되는 경향이 있는데, 이것은 엣칭 프로파일 및 엣칭 균일성에 치명적인 결과를 가져온다. 예컨대 기질표면상에 전이금속 염화물의 존재는 원치 않는 잔류물을 남기며 엣칭 후 마스킹 제거에 곤란을 초래하며 장치 성능을 불량하게 만든다(예, 브리징으로 인한 전기적 단락).The traditional method of etching the aluminum metal layer is not suitable for etching the transition metal containing layer, so the use of the transition metal containing layer provides a great deal of motivation for the process engineer. For example, since Cl 2 provides a fast etching speed, etching of the aluminum layer is usually performed using Cl 2 . However, transition metal chlorides, such as nickel chloride and platinum chloride, are relatively nonvolatile and tend to reprecipitate on the substrate surface during etching, which is fatal to the etching profile and the etching uniformity. For example, the presence of transition metal chlorides on the substrate surface leaves undesired residues, making it difficult to remove masking after etching and poor device performance (eg, electrical shorts due to bridging).
도 1 은 전이금속함유층을 포함하는 예시적인 층스택을 보여주는 층스택(100)을 도시한다. 단지 수 개의 층스택(100)이 도시되지만 도시된 층 위, 아래 또는 사이에 다른 추가층이 존재할 수 있다. 따라서, 층들이 서로 직접 접촉하는 것으로 도시될지라도 주어진 층스택에서 하나 이상의 다른 층에 의해 분리될 수 있으며 사용된 "위" 또는 "아래"와 같은 용어는 층 간 직접적 접촉을 반드시 요구하지는 않는다.1 illustrates a layer stack 100 showing an exemplary layer stack including a transition metal containing layer. Although only a few layer stacks 100 are shown, there may be other additional layers above, below, or between the layers shown. Thus, although the layers are shown as being in direct contact with each other, they may be separated by one or more other layers in a given layer stack and the terms such as "up" or "down" used do not necessarily require direct contact between layers.
도 1 에서 층스택(100)은 전이금속함유층 아래에 놓이는 층 또는 구조물을 나타낼 수 있는 기저층(102)을 포함한다. 기저층(102)의 정확한 조성 및 구조는 제조될 전자장치에 달려 있으며 일례로 기질자체(예, 실리콘웨이퍼 또는 유리패널)일 수 있다. 기저층(102)위에 전이금속함유층(104)이 도시된다.In FIG. 1, the layer stack 100 includes a base layer 102, which may represent a layer or structure underlying the transition metal containing layer. The exact composition and structure of the base layer 102 depends on the electronic device to be manufactured and may be, for example, the substrate itself (eg, silicon wafer or glass panel). The transition metal containing layer 104 is shown on the base layer 102.
전이금속함유층(104)은 언급된 바와 같이 하나 이상의 전이금속 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 엣칭을 촉진하기 위해서 포토레지스트층(106)이 전이금속함유층(104)위에 배치되어서 마스크를 형성한다. 포토레지스트층(106)은 패턴화되어서 전이금속 엣칭제가 들어가서 전이금속함유층(104)에 도랑 또는 경로를 엣칭하도록 하는 구멍(108, 110)을 형성한다.The transition metal containing layer 104 may comprise one or more transition metals or alloys thereof, as mentioned. In order to promote etching, a photoresist layer 106 is disposed over the transition metal containing layer 104 to form a mask. The photoresist layer 106 is patterned to form holes 108 and 110 that allow a transition metal etch agent to enter and etch a trench or path in the transition metal containing layer 104.
공지기술에서 전이금속함유층의 엣칭은 예컨대 폭격제로서 아르곤을 사용하는 스퍼터링 공정을 사용하여 수행될 수 있다. 스퍼터링은 물리적 엣칭공정으로서 제대로 제어된다면 전이금속함유층(104)을 통해 만족스러운 엣칭속도를 가져올 수 있다. 그러나, 스퍼터링된 전이금속은 포토레지스트층(106)을 포함한 기질표면상에 재침전되어서 후속 포토레지스트 제거단계를 곤란하게 만든다는 것이 발견되었다. 게다가 순수한 물리적 엣칭공정은 포토레지스트에 대해 낮은 선택성을 갖는 경향이 있다. 즉, 포토레지스트층(106) 내 보호영역을 손상시킬 수 있다. 포토레지스트 손상은 최신 고밀도 전자장치 제조에서 특히 문제가 되는데, 그 이유는 이들 장치가 서로 밀접하게 패킹되어서 제조동안 비교적 얇은 포토레지스트층(106)을 필요로 하기 때문이다. 이들 최신 고밀도 장치에서 소형 크기 및 높은 가로세로비는 또한 충전으로 인해 스퍼터링 효율을 감소시킨다.Etching of the transition metal-containing layer in the known art can be carried out using a sputtering process using, for example, argon as the bomber. Sputtering can bring satisfactory etching speed through the transition metal containing layer 104 if properly controlled as a physical etching process. However, it has been found that the sputtered transition metal is reprecipitated on the substrate surface including the photoresist layer 106, making subsequent photoresist removal steps difficult. In addition, pure physical etching processes tend to have low selectivity for photoresists. That is, the protection region in the photoresist layer 106 may be damaged. Photoresist damage is particularly problematic in modern high density electronics fabrication because these devices are packed closely together and require a relatively thin photoresist layer 106 during fabrication. The compact size and high aspect ratio in these modern high density devices also reduces the sputtering efficiency due to charging.
전이금속함유층(104)을 엣칭시키는 또 다른 공지공정은 플라즈마 엣칭 챔버, 특히 다이오드 기초 엣칭 챔버와 같은 고압/저밀도 플라즈마 엣칭 챔버에서 Ar/Cl2를 사용한다. 고압처리챔버는 작동압력이 100 mTorr 이상인 처리 챔버를 말한다. Cl2는 금속염화물로 전환시키는 이온을 제공하기 때문에 선택된다. 엣칭속도는 고압/저밀도 플라즈마 반응기에서 낮은 스퍼터링 효율에 의해서 주로 조절된다. 염소 반응종은 스퍼터링된 전이금속과 조합되어서 수용성인 전이금속 염화물을 형성한다. 엣칭 후 탈이온수에서 헹구면 전이금속 염화물의 대부분이 제거되는 경향이 있다.Another known process for etching the transition metal containing layer 104 uses Ar / Cl 2 in a high pressure / low density plasma etching chamber, such as a plasma etching chamber, in particular a diode based etching chamber. High pressure processing chamber refers to a processing chamber having an operating pressure of 100 mTorr or more. Cl 2 is chosen because it provides ions to convert to metal chlorides. Etching speed is mainly controlled by low sputtering efficiency in high pressure / low density plasma reactors. The chlorine reactive species combine with the sputtered transition metal to form a transition metal chloride that is water soluble. Rinsing in deionized water after etching tends to remove most of the transition metal chlorides.
그러나 Ar/Cl2조차도 고압/저밀도 플라즈마 처리챔버에서 사용될 때 만족스럽지 못한 전이금속 엣칭속도를 가져옴이 발견되었다. 게다가 Ar/Cl2는 포토레지스트에 대해 낮은 선택성을 갖는다. 최신 고밀도 전자장치의 제조에 있어서 포토레지스트에 대해 이렇게 낮은 선택성은 전자장치 제조 시 전이금속함유층 엣칭제로서 공지기술의 Ar/Cl2를 사용하는데 부적합하게 만든다. 따라서 이렇게 낮은 포토레지스트 선택성 문제 때문에 많은 제조업자는 하드 마스크를 사용해야 한다.However, even Ar / Cl 2 has been found to produce unsatisfactory transition metal etch rates when used in high pressure / low density plasma processing chambers. In addition Ar / Cl 2 has low selectivity for photoresist. This low selectivity for photoresists in the manufacture of modern high density electronic devices makes them unsuitable for using Ar / Cl 2 of the prior art as transition metal-containing layer etchants in electronic device manufacturing. Thus, due to this low photoresist selectivity problem, many manufacturers have to use hard masks.
상기에 비추어서 전이금속함유층을 엣칭하는 개선된 기술이 필요하다. 이 기술은 전이금속함유층이 최신 고밀도 전자 장치에 사용될 수 있도록 포토레지스트에 대한 선택성을 증가시키면서 전이금속함유층 엣칭속도를 향상시킨다.In view of the above, there is a need for an improved technique for etching transition metal-containing layers. This technique improves the transition metal-containing layer etch rate while increasing the selectivity for photoresist so that the transition metal-containing layer can be used in modern high density electronic devices.
발명의 요약Summary of the Invention
본 발명은 기질위에 배치된 전이금속함유층을 적어도 부분적으로 엣칭하는 방법에 관계한다. 전이금속함유층은 엣칭 마스크, 예컨대 포토레지스트 마스크나 하드 마스크 아래에 배치된다. 본 방법은 플라즈마 처리 챔버를 갖는 플라즈마 처리시스템을 제공하고 전이금속함유층을 엣칭하도록 플라즈마 처리 챔버를 구성하는 단계를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버 구성공정은 HCl 및 Ar 을 포함한 소스 가스를 수용하도록 플라즈마 처리 챔버를 구성하고, 소스가스에서 나온 플라즈마를 강타하도록 고주파(RF) 전원 또는 RF 나 다른 형태의 에너지를 공급하기 위해서 플라즈마 처리 챔버와 조합된 다른 전원(예, 마이크로파)을 구성하는 단계를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버 구성공정은 추가로 플라즈마로 전이금속함유층을 적어도 부분적으로 엣칭하도록 플라즈마 처리 챔버를 구성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of at least partially etching a transition metal-containing layer disposed on a substrate. The transition metal-containing layer is disposed under an etching mask such as a photoresist mask or a hard mask. The method includes providing a plasma processing system having a plasma processing chamber and configuring the plasma processing chamber to etch the transition metal containing layer. Plasma processing chamber configuration process configures the plasma processing chamber to receive source gas including HCl and Ar, and plasma processing chamber to supply high frequency (RF) power or RF or other forms of energy to strike the plasma from the source gas. Configuring another power source (eg, microwave) in combination with the < RTI ID = 0.0 > The plasma processing chamber construction process further includes configuring the plasma processing chamber to at least partially etch the transition metal containing layer into the plasma.
또 다른 구체예에서 본 발명은 플라즈마 처리 챔버에서 기질위에 배치된 전이금속함유층을 엣칭하는 방법에 관계한다. 전이금속함유층은 포토레지스트 마스크 아래에 배치된다. 이 방법은 HCl 및 Ar 을 포함한 소스 가스를 플라즈마 처리 챔버에 흐르게 하고 플라즈마 처리 챔버에서 소스가스로부터 나오는 플라즈마를 강타하는 단계를 포함한다. 또한 플라즈마 전이금속함유층은 적어도 부분적으로 엣칭시키는 단계를 포함한다.In another embodiment the invention relates to a method of etching a transition metal-containing layer disposed on a substrate in a plasma processing chamber. The transition metal containing layer is disposed under the photoresist mask. The method includes flowing a source gas comprising HCl and Ar into a plasma processing chamber and struck the plasma exiting the source gas in the plasma processing chamber. The plasma transition metal-containing layer also includes at least partially etching.
또 다른 구체예에서 본 발명은 고밀도 플라즈마 처리 챔버에서 기질위에 배치된 전이금속함유층을 엣칭시키는 방법에 관계하며, 전이금속함유층은 포토레지스트 마스크 아래에 배치된다. 이 방법은 HCl 및 Ar 으로 구성된 소스 가스를 플라즈마 처리 챔버에 흐르게 하는 단계를 포함한다. 또한 고주파(RF) 또는 다른 형태의 에너지를 플라즈마 처리 챔버의 적어도 하나의 전극에 공급하여 플라즈마 처리 챔버에서 소스 가스에서 나오는 플라즈마를 강타하게 하는 단계를 포함한다. 또한 플라즈마는 전이금속함유층을 적어도 부분적으로 엣칭시키는 단계를 포함한다.In another embodiment, the present invention relates to a method of etching a transition metal-containing layer disposed on a substrate in a high density plasma processing chamber, wherein the transition metal-containing layer is disposed under a photoresist mask. The method includes flowing a source gas consisting of HCl and Ar into a plasma processing chamber. And supplying high frequency (RF) or other form of energy to at least one electrode of the plasma processing chamber to strike the plasma exiting the source gas in the plasma processing chamber. The plasma also includes at least partially etching the transition metal containing layer.
도 1 은 전이금속함유층을 포함하는 층스택을 보여준다.1 shows a layer stack comprising a transition metal containing layer.
도 2 는 본 발명에 따라서 전이금속함유층을 엣칭하는데 사용된 저압, 고밀도 플라즈마 처리시스템(유도쌍 플라즈마 처리시스템)을 간략하게 보여준다.Figure 2 shows briefly the low pressure, high density plasma processing system (inductive pair plasma processing system) used to etch a transition metal containing layer in accordance with the present invention.
도 3a 및 3b 는 니켓 엣칭 전후 수소 광학 방출 스펙트럼을 보여준다.3A and 3B show hydrogen optical emission spectra before and after nicket etching.
도 4 는 기질상의 전이금속함유층을 엣칭하는데 사용되는 단계를 보여준다.4 shows the steps used to etch a transition metal containing layer on a substrate.
* 부호설명* Code Description
100 층스택 102 기저층100 Floors Stack 102 Base Floor
104 전이금속함유층 106 포토레지스트층104 Transition Metal Containing Layer 106 Photoresist Layer
108,110 구멍 200 플라즈마 처리 시스템108,110 holes 200 plasma processing system
202 플라즈마 처리 챔버 204 전극202 plasma processing chamber 204 electrodes
206 고주파 발생기 208 동조 네트워크206 High Frequency Generator 208 Tuning Network
210 샤워헤드 212 RF 유도 플라즈마 지역210 Showerhead 212 RF Induced Plasma Region
214 기질 216 척214 Temperament 216 Chuck
218 고주파 발생기 220 동조 네트워크218 high frequency generator 220 tuning network
222 배출구222 outlet
본 발명의 한 구체예에 따르면 전이금속 엣칭제로서 HCl/Ar 을 사용하는 전이금속함유층 엣칭을 위한 개선된 방법이 제공된다. 염소함유 소스가스로서 Cl2를 사용하는 공지기술의 전이금속 엣칭공정과 다르게 본 발명은 염소함유 엣칭제로서 HCl 을 사용하여 엣칭동안 존재하는 염소종의 밀도를 감소시킴으로써 엣칭 마스크 부식을 감소시킨다. 예컨대 이러한 사용은 포토레지스트 부식을 감소시키며 포토레지스트에 대한 선택성을 증가시킨다.According to one embodiment of the present invention there is provided an improved method for etching a transition metal-containing layer using HCl / Ar as a transition metal etch agent. Unlike the known transition metal etching process using Cl 2 as the chlorine containing source gas, the present invention reduces the etching mask corrosion by reducing the density of chlorine species present during etching using HCl as the chlorine containing etching agent. Such use, for example, reduces photoresist corrosion and increases selectivity to photoresist.
각 HCl 분자는 엣칭동안 염소원자마다 하나의 수소원자를 제공한다. 정확한 메카니즘은 알려져 있지 않지만 수소가 전이금속함유층 엣칭동안 역할을 하며, 수소는 포토레지스트에 대한 선택성을 증가시키며 전이금속함유층 엣칭속도를 증가시키는 것으로 판단된다. 이러한 인식에 대한 추가 설명은 전이금속 엣칭동안 플라즈마의 다양한 스펙트럼 곡선에서 행해질 것이다.Each HCl molecule provides one hydrogen atom per chlorine atom during etching. Although the exact mechanism is unknown, it is believed that hydrogen plays a role during the etch of the transition metal containing layer, and that hydrogen increases the selectivity to the photoresist and increases the etch rate of the transition metal containing layer. Further explanation of this recognition will be made in various spectral curves of the plasma during transition metal etching.
본 발명의 또 다른 구체예에서 개선된 전이금속 엣칭방법은 고밀도, 저압 플라즈마 처리 시스템에서 HCl/Ar 조성물을 사용한다. 일반적으로 고밀도는 1e13이상의 이온 밀도를 말하며, 저압은 100 mT 미만의 압력을 말한다. 예컨대 본 발명은 전이금속함유층 엣칭동안 유도쌍 플라즈마 처리시스템(TCPTM9600 과 같은 TCP 브랜드 유도 플라즈마 처리시스템, LAM Research Corp. Fremont, California)을 사용한다. 그러나 전자 사이클로트론 공명(ECR) 반응기, Helicon Wave(AMAT), MORI(PMT-Tricon) 및 마이크로파와 같은 다른 고밀도 저압 플라즈마 처리시스템도 사용될 수 있다. 엣칭 후 엣칭된 기질은 적절한 헹굼액(예, 탈이온수)을 사용하여 헹구어져서 가용성 전이금속 염화물을 제거한다.In another embodiment of the present invention, the improved transition metal etching method uses an HCl / Ar composition in a high density, low pressure plasma processing system. In general, high density refers to an ion density of 1e 13 or more, and low pressure refers to a pressure of less than 100 mT. For example, the present invention uses an inductive pair plasma processing system (TCP brand induction plasma processing system such as TCP ™ 9600, LAM Research Corp. Fremont, California) during the transition metal-containing layer etching. However, other high density low pressure plasma processing systems such as electron cyclotron resonance (ECR) reactors, Helicon Wave (AMAT), MORI (PMT-Tricon) and microwaves can also be used. After etching, the etched substrate is rinsed using an appropriate rinse solution (eg, deionized water) to remove soluble transition metal chlorides.
도 2 는 본 발명에서 HCl/Ar 조성물을 사용하여 전이금속함유층을 엣칭하는데 사용되는 저압, 고밀도 플라즈마 처리시스템(유도쌍 플라즈마 처리시스템)을 보여준다. 도 2 에서 플라즈마 처리시스템(200)은 플라즈마 처리 챔버(202)를 포함한다. 챔버(202)위에 도 2 에서 코일로 도시된 전극(204)이 배치된다. 그러나 플라즈마 처리 챔버내의 플라즈마에 RF 에너지를 공급하는 다른 장치가 사용될 수 있다. 전극(204)은 동조 네트워크(208)을 통해 고주파(RF)발생기(206)에 의해 여자된다. 도 2 에서 RF 발생기(206)는 13.56 MHz 주파수의 RF 에너지원이다. 그러나 다른 적절한 주파수가 사용될 수 있다.FIG. 2 shows a low pressure, high density plasma processing system (induction pair plasma processing system) used to etch a transition metal containing layer using the HCl / Ar composition in the present invention. In FIG. 2, the plasma processing system 200 includes a plasma processing chamber 202. Above the chamber 202 is an electrode 204, shown as a coil in FIG. 2. However, other devices for supplying RF energy to the plasma in the plasma processing chamber may be used. Electrode 204 is excited by high frequency (RF) generator 206 via tuning network 208. In Figure 2 RF generator 206 is an RF energy source at 13.56 MHz frequency. However, other suitable frequencies may be used.
플라즈마 처리 챔버(202) 내에 가스 엣칭물질을 샤워헤드와 기질사이에 있는 RF 유도 플라즈마 지역(212)에 방출시키기 위한 가스 분배장치인 샤워헤드(210)가 있다. 그러나 챔버벽에 배치되는 가스분배링 또는 포트와 같은 다른 가스 분배장치가 사용될 수 있다. 전이금속함유층이 위에 배치된 기질(214)이 플라즈마 처리 챔버(202)에 도입되고, 제 2 전극으로 작용하며 동조 네트워크(220)를 통해 고주파 발생기(218)에 의해 바이어스되는 척(216)상에 배치된다. RF 발생기(206)처럼 RF 발생기(218) 역시 주파수가 13.56 MHz 인 RF 에너지원이다. 그러나 RF 발생기(206)와 상이한 주파수를 포함한 다른 적합한 주파수가 사용될 수도 있다.Within the plasma processing chamber 202 is a showerhead 210, which is a gas distribution device for releasing a gas etch material into the RF induced plasma region 212 between the showerhead and the substrate. However, other gas distribution devices such as gas distribution rings or ports disposed on the chamber walls may be used. A substrate 214 with a transition metal-containing layer disposed thereon is introduced into the plasma processing chamber 202 and acts as a second electrode on a chuck 216 that is biased by the high frequency generator 218 via the tuning network 220. Is placed. Like the RF generator 206, the RF generator 218 is also an RF energy source with a frequency of 13.56 MHz. However, other suitable frequencies may be used, including different frequencies from the RF generator 206.
헬륨과 같은 열교환가스가 압력(2 내지 10 Torr)하에서 척(216)과 기질(214)사이의 지역에 도입되어서 기질과 척간에 열교환을 조절하므로 균일하고 재현성있는 엣칭 결과가 보장된다. 엣칭 촉진을 위해서 소스가스는 샤워헤드(210)를 통해 흐르며 RF 발생기(206,218)에 의해 연소된다. 전이금속함유층 엣칭동안 챔버(202) 내 압력이 0.5 내지 500 mTorr 로 낮게 유지된다. 엣칭 부산물 가스의 일부는 배출구(222)를 통해 챔버(202) 밖으로 배기된다(예컨대 터보 펌프를 사용하여).A heat exchange gas, such as helium, is introduced into the area between the chuck 216 and the substrate 214 under pressure (2-10 Torr) to regulate the heat exchange between the substrate and the chuck to ensure a uniform and reproducible etching result. Source gas flows through the showerhead 210 and is combusted by the RF generators 206 and 218 to facilitate etching. The pressure in the chamber 202 is kept low at 0.5-500 mTorr during etch of the transition metal-containing layer. A portion of the etch byproduct gas is exhausted out of chamber 202 through outlet 222 (eg using a turbo pump).
엣칭 후 기질(214)은 플라즈마 처리 챔버(202)로부터 제거되고 적절한 헹굼장치에서 헹구어져서 엣칭동안 형성된 기질상 전이금속 염화물을 제거한다. TCPTM9600 SE 시스템에서 후속 헴굼과정은 TCPTM9600 엣칭 시스템의 한가지 모듈인 대기 부동태 모듈(APM)에서 수행된다.After etching, the substrate 214 is removed from the plasma processing chamber 202 and rinsed in a suitable rinsing apparatus to remove substrate transition metal chlorides formed during etching. Hemgum subsequent process in the TCP 9600 SE TM system is performed in one module, the air passivation module (APM) of the TCP TM 9600 etching system.
본 발명은 전이금속함유층을 엣칭하기 위해서 HCl 및 Ar 을 포함하는 소스가스를 사용한다. 주 염소함유 엣칭제 성분가스로서 Cl2대신에 HCl 을 사용함으로써 엣칭 마스크(즉, 포토레지스트 마스크 또는 하드 마스크)의 부식을 감소시키며 마스킹 재료, 예컨대 포토레지스트에 대한 선택성을 증가시킨다.The present invention uses a source gas containing HCl and Ar to etch the transition metal containing layer. The use of HCl instead of Cl 2 as the primary chlorine-containing etching agent component gas reduces corrosion of the etching mask (ie photoresist mask or hard mask) and increases selectivity to masking materials such as photoresist.
수소화학종의 존재는 엣칭 과정에 기여하는 것으로 사료된다. 수소의 존재는 높은 전이금속 엣칭속도와 포토레지스트에 대한 높은 선택성에 기여하는 것으로 판단된다. 수소는 포토레지스트의 탄소-수소 결합을 부동태화함으로써 포토레지스트에 대한 선택성을 증가시킨다.The presence of hydrogen species is thought to contribute to the etching process. The presence of hydrogen is believed to contribute to the high transition metal etch rate and high selectivity to the photoresist. Hydrogen increases the selectivity to the photoresist by passivating the carbon-hydrogen bonds of the photoresist.
수소의 역할을 설명하기 위해서 도 3A 와 3B 는 니켈함유층의 엣칭동안 및 후에 광학적 방출 스펙트럼을 도시한다. 도 3A 및 3B 에서 엣칭 될 층은 게르마늄 위에 니켈이 배치되고 그 위에 텅스텐이 배치되는 3층 구조이다. 텅스텐 층은 약 2500 옹스트롬의 두께이며 니켈층 두께는 350 옹스트롬, 게르마늄층 두께는 400 옹스트롬이다. 포토레지스트층의 두께는 약 10,000 옹스트롬이다. 도 3A 및 3B 의 3층구조는 4인치 GaAs 기질위에 배치된다.To illustrate the role of hydrogen, FIGS. 3A and 3B show optical emission spectra during and after etching of the nickel containing layer. The layer to be etched in FIGS. 3A and 3B is a three-layer structure in which nickel is disposed over germanium and tungsten is disposed thereon. The tungsten layer is about 2500 angstroms thick, the nickel layer is 350 angstroms thick, and the germanium layer is 400 angstroms thick. The thickness of the photoresist layer is about 10,000 angstroms. The three-layer structure of Figures 3A and 3B is disposed on a 4 inch GaAs substrate.
도 3a 에서 니켈 엣칭동안 수소피크가 존재하지 않는다. 관련 수소 피크는 약 656.285 nm 이다(Spectral Library of Persistent Emission Lines, D.S. Malchow, ed. E.G.& G.Princeton Applied Research Co., 1990). 니켓 엣칭 후 도 3 B 의 광학적 방출 스펙트럼에서 수소피크가 존재한다. 도 3A 와 3B 는 정확한 메카니즘이 완전하게 알려지지 않을지라도 수소가 전이금속함유층의 엣칭에 역할을 함을 보여준다.There is no hydrogen peak during nickel etching in FIG. 3A. The associated hydrogen peak is about 656.285 nm (Spectral Library of Persistent Emission Lines, D. S. Malchow, ed. E. G. & G. Princeton Applied Research Co., 1990). Hydrogen peaks are present in the optical emission spectrum of FIG. 3B after nicket etching. 3A and 3B show that hydrogen plays a role in the etching of the transition metal containing layer even though the exact mechanism is not completely known.
기본 조성물이 HCl 및 Ar 을 포함할지라도 엣칭제의 기본 특성을 크게 변화시키지 않는 한 전이금속함유층을 엣칭시키기 위해서 아르곤, 염소 및 수소를 공급하는 첨가제가 가능하다. 예컨대 Cl2는 엣칭동안 플라즈마 지역에서 염소 화학종의 개수를 증가시키는 엣칭제로서 첨가될 수 있다. 염소 화학종 개수의 증가는 부산물 전환속도를 증가시킬 수 있다(즉, 더 많은 스퍼터링된 전이금속이 전이금속 염화물로 전환되었다). 그러나 염소는 포토레지스트를 공격하는 경향이 있으므로 포토레지스트에 대한 선택성에 악영향을 주지 않도록 존재하는 염소화학종의 양을 조절하는 것이 바람직하다. (Cl2또는 HCl 유속을 감소시킴으로써, 하나 이상의 불활성 물질 (He, Ne, Xe) 이 첨가될 수 있다. HBr, HI, NH3, H2, H2O, H2O2, CH4, C2H6, C2H4, C2H2, CXHX+4, CXHX+2, 및 SiH4와 같은 수소함유 물질이 첨가될 수도 있다. 추가적으로 SiCl4, CCl4, CHCl3, Cl2, CH2Cl2, CHCl3와 같은 염소함유 물질이 첨가될 수 있다.Even if the base composition includes HCl and Ar, additives for supplying argon, chlorine and hydrogen to etch the transition metal-containing layer are possible so long as they do not significantly change the basic properties of the etchant. For example Cl 2 may be added as an etchant which increases the number of chlorine species in the plasma region during etching. Increasing the number of chlorine species may increase the byproduct conversion rate (ie, more sputtered transition metals have been converted to transition metal chlorides). However, since chlorine tends to attack the photoresist, it is desirable to control the amount of chlorine species present so as not to adversely affect the selectivity to the photoresist. By reducing the Cl 2 or HCl flow rate, one or more inert substances (He, Ne, Xe) can be added. HBr, HI, NH 3 , H 2 , H 2 O, H 2 O 2 , CH 4 , C Hydrogen-containing substances such as 2 H 6 , C 2 H 4 , C 2 H 2 , C X H X + 4 , C X H X + 2 , and SiH 4 may be added, additionally SiCl 4 , CCl 4 , CHCl Chlorine-containing substances such as 3 , Cl 2 , CH 2 Cl 2 , CHCl 3 can be added.
이 실시예에서 4인치 갈륨 비소 기질상의 텅스텐, 니켈 및 게르마늄으로 된 3층 샌드위치 구조가 TCPTM9600 SE 플라즈마 처리 시스템에서 엣칭된다.In this example, a three layer sandwich structure of tungsten, nickel and germanium on a 4 inch gallium arsenide substrate is etched in a TCP ™ 9600 SE plasma processing system.
이 실시예에서 3층 샌드위치 구조가 10 sccm(표준 입방 센티미터/분)의 HCl 유속과 50 sccm 의 Ar 유속을 포함하는 공정을 사용하여 엣칭된다. 플라즈마 처리 챔버내 압력은 약 5 mTorr 이며 냉각용 헬륨 압력은 2 T 이다. 전극 온도는 약 40 ℃ 이다. 상부 전극 전력은 하부 전극의 전력과 같이 약 250 와트로 설정된다.In this example a three layer sandwich structure is etched using a process that includes an HCl flow rate of 10 sccm (standard cubic centimeters per minute) and an Ar flow rate of 50 sccm. The pressure in the plasma processing chamber is about 5 mTorr and the cooling helium pressure is 2 T. The electrode temperature is about 40 ° C. The upper electrode power is set to about 250 watts, like that of the lower electrode.
그러나 동일 또는 상이한 기질에 대해서 압력은 0.5 내지 500 mT, 특히 1 내지 100 mT 로 변할 수 있다. 유사하게 Ar 유량이 총 유량의 약 83% 이지만 Ar 유량이 1 내지 99 %, 특히 5 내지 95 % 로 변할 수 있다. 정확한 Ar:HCl 비율은 전이금속제거(폭격제로서 Ar 을 사용하여), 염화물 전환속도(챔버내 염소화학종의 밀도의 영향을 받는), 및 포토레지스트 부식 속도에 달려있다. Ar:HCl 비율이 높을수록 스퍼터링 제거를 증가시키지만, 감소된 Cl 화학종의 밀도는 염화물 전환속도를 낮추는 경향이 있다. 역으로 더 낮은 Ar:HCl 비율은 포토레지스트를 공격하는 위험에도 불구하고 Cl 화학종의 증가된 밀도 때문에 염화물 전환속도를 증가시키는 경향이 있다. 정확한 Ar:HCl 비율은 필요한 엣칭 결과와 엣칭 챔버의 구성에 달려 있다. 엣칭에 필요한 정확한 매개변수는 필요한 산출량, 엣칭 속도, 포토레지스트에 대한 선택성, 엣칭 될 층의 조성, 기질의 크기, 플라즈마 처리 시스템의 디자인 또는 매개변수에 달려있다.However, for the same or different substrates the pressure can vary from 0.5 to 500 mT, in particular from 1 to 100 mT. Similarly, the Ar flow rate is about 83% of the total flow rate but the Ar flow rate can vary from 1 to 99%, in particular from 5 to 95%. The exact Ar: HCl ratio depends on the transition metal removal (using Ar as bomber), chloride conversion rate (affected by the density of chlorine species in the chamber), and photoresist corrosion rate. Higher Ar: HCl ratios increase sputtering removal, but the reduced Cl species density tends to lower chloride conversion rates. Conversely, lower Ar: HCl ratios tend to increase chloride conversion rates due to the increased density of Cl species despite the risk of attacking the photoresist. The exact Ar: HCl ratio depends on the etching results required and the configuration of the etching chamber. The exact parameters required for etching will depend on the required yield, etching speed, selectivity for photoresist, composition of the layer to be etched, substrate size, design or parameters of the plasma treatment system.
엣칭 후 TCP 9600 플라즈마 처리 시스템의 대기 부동태화 모듈(APM)에서 탈이온수를 써서 기질이 세척된다. 세척은 상온 내지 90 ℃ 에서 탈이온수를 써서 수행된다. 필요에 따라 기질은 30 내지 120 분간 세척될 수 있다.After etching, the substrate is washed with deionized water in an atmospheric passivation module (APM) of the TCP 9600 plasma treatment system. The washing is carried out using deionized water at room temperature to 90 ° C. If necessary, the substrate may be washed for 30 to 120 minutes.
도 4 는 기질상의 전이금속함유층 엣칭에 사용되는 단계를 보여준다. 단계(402)에서 엣칭 될 전이금속함유층이 위에 배치된 기질이 플라즈마 엣칭 챔버에 위치된다. 엣칭 촉진을 위해서 전이금속함유층은 대체로 포토레지스트 마스크 아래에 배치된다. 단계(404)에서 기질의 전이금속함유층 적어도 일부는 플라즈마 엣칭 챔버에서 HCl 및 Ar 을 포함한 소스가스를 사용하여 엣칭된다. 단계(404)동안 전이금속 염화물을 포함한 엣칭제 부산물의 일부는 플라즈마 엣칭 챔버로부터 배출된다.4 shows the steps used to etch a transition metal-containing layer on a substrate. In step 402, a substrate on which a transition metal-containing layer to be etched is disposed is placed in a plasma etching chamber. The transition metal-containing layer is generally disposed under the photoresist mask to facilitate etching. In step 404 at least a portion of the transition metal containing layer of the substrate is etched using a source gas comprising HCl and Ar in a plasma etching chamber. Some of the etchant by-products, including transition metal chlorides, are discharged from the plasma etch chamber during step 404.
단계(404)의 엣칭 후 단계(406)에서 기질이 물(예, 탈이온수)로 헹구어져서 기질 표면으로부터 전이금속 염화물이 제거된다. 염화물 제거 최적화를 위해서 사용된 물의 온도가 변화될 수 있다. 일반적으로 탈이온수의 온도를 증가시키면 염화물 용해 및 제거율을 향상시킨다. 단계(408)에서 전통적인 후처리 단계가 수행되어서 필요한 전자 장치의 제조를 완료한다. 예컨대 기질은 컴퓨터와 같은 수많은 전자시스템에 포함된 집적회로, 평판 디스플레이, 읽기/쓰기 헤드를 형성하기 위해서 추가 가공된다.After etching of step 404, in step 406 the substrate is rinsed with water (eg, deionized water) to remove transition metal chlorides from the substrate surface. The temperature of the water used to optimize chloride removal can be varied. In general, increasing the temperature of deionized water improves chloride dissolution and removal rates. In step 408, a traditional post-processing step is performed to complete the manufacture of the required electronic device. Substrates, for example, are further processed to form integrated circuits, flat panel displays, and read / write heads included in many electronic systems such as computers.
본 발명은 전이금속함유층 엣칭을 위해서 HCl 및 Ar 을 포함하는 소스가스를 유리하게 사용한다. 본 발명은 금속을 금속 염화물로 전환시킬 염소화학종을 제공하기 위해서 주 염소함유 가스로서 Cl2대신에 HCl 을 사용한다. 더 낮은 밀도의 염소화학종은 금속 염화물 전환율과 후속 제거율을 감소시킨다고 생각되었으므로 주 염소함유 소스가스로서 Cl2대신에 HCl 을 사용하는 것은 예측불허의 것이다. 그럼에도 불구하고 HCl 소스 가스 사용으로 인한 염소화학종의 감소된 밀도는 포토레지스트 선택성을 향상시키므로 최신 고밀도 전자장치 제조에 사용하기에 더욱 적합하다.The present invention advantageously uses a source gas comprising HCl and Ar for etching the transition metal containing layer. The present invention uses HCl instead of Cl 2 as the main chlorine containing gas to provide chlorine species for converting metals to metal chlorides. Lower density chlorine species were thought to reduce metal chloride conversion and subsequent removal, so the use of HCl instead of Cl 2 as the main chlorine source gas is unpredictable. Nevertheless, the reduced density of chlorine species due to the use of HCl source gas improves photoresist selectivity, making it more suitable for use in the manufacture of modern high density electronics.
게다가 HCl 은 플라즈마 엣칭 환경에 수소화학종을 공급한다. 수소 화학종은 포토레지스트 선택성과 전이금속함유층 부식속도를 증가시킨다. 추가로 전이금속함유층 엣칭을 위해 고밀도(예, le13이온 밀도)와 저압 플라즈마 엣칭 챔버의 사용은 고압/저밀도 플라즈마 엣칭 챔버(공지기술의 전이금속 엣칭에 사용되는)에서 달성되는 엣칭 속도에 비해 전이금속 엣칭 속도를 증가시킨다.In addition, HCl supplies hydrogen species to the plasma etching environment. Hydrogen species increase the photoresist selectivity and the corrosion rate of the transition metal-containing layer. In addition, the use of high density (e.g., le 13 ion density) and low pressure plasma etching chambers for etching transition metal-containing layers is a transition relative to the etch rate achieved in high pressure / low density plasma etching chambers (used in known transition metal etching techniques). Increase the metal etch rate.
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